Qualidade do concreto em modelos de estacas escavadas

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1 Qualidade do concreto em modelos de estacas escavadas Mauro Leandro Menegotto Universidade Comunitária da Região de Chapecó, Chapecó, Brasil, Marcelo Alexandre Gusatto Universidade Comunitária da Região de Chapecó, Chapecó, Brasil, Silvio Edmundo Pilz Universidade Comunitária da Região de Chapecó, Chapecó, Brasil, Roberto Carlos Pavan Universidade Comunitária da Região de Chapecó, Chapecó, Brasil, RESUMO: Este trabalho buscou quantificar os efeitos na integridade de estacas escavadas e o que ocorre com a resistência do concreto ao longo de seu comprimento, quando durante a concretagem não são tomados os devidos cuidados prescritos pelas normas técnicas perante a existência lama na perfuração. Em laboratório, foram criados dois modelos de estacas com 15 cm de diâmetro e 4 m de altura sendo um concretado sem e outro com a presença de lama na ponta. Após o período de cura do concreto, os modelos de estacas foram conduzidos até uma serra para corte de concreto para extração dos corpos de prova. Para cada um dos modelos foram obtidos 12 corpos de prova ao longo do seu comprimento, com os quais realizou-se uma análise visual e a determinação da resistência à compressão do concreto. Constatou-se que a presença da lama durante a concretagem interfere diretamente no desempenho e na continuidade na ponta da estaca, devido à redução considerável da resistência do concreto. Observou-se, também, em ambos os modelos de estacas, uma redução da resistência do concreto devido ao fato do concreto ser simplesmente lançado do topo, sem cuidados com o adensamento e com a segregação do concreto. Sendo assim, as prescrições da NBR 6122 não deveriam ser negligenciadas em obras, como a utilização de um processo para retirada de toda a lama ou água do fundo da escavação ou ser adotado um processo de concretagem submersa com o emprego de tremonha. PALAVRAS-CHAVE: estacas escavadas, patologias em fundações profundas, concretagem de estacas. 1 INTRODUÇÃO Uma obra de fundações deve suportar os esforços oriundos da estrutura e das ações externas e transmitir estes esforços ao maciço de solo de forma segura, confiável e econômica. Porém, a maneira como se procede a execução de fundações profundas é um fator fundamental para que a sua integridade e desempenho sejam satisfatórios. Esta afirmação baseia-se em um estudo realizado por Logeais (1971), que evidenciou que dentre as patologias encontradas nas fundações das estruturas investigadas, cerca de 15% originam-se de defeitos na execução e tais defeitos são principalmente resultados de uma má execução da concretagem. Também, de acordo com Milititsky, Consoli e Schnaid (2005), as falhas de execução constituem o segundo maior responsável pelos problemas de comportamento das fundações, ficando atrás apenas das falhas decorrentes de uma má investigação do subsolo. Estes autores, entre outros problemas correntes de execução, destacam ainda para as estacas escavadas: as falhas na integridade ou continuidade das estacas; a limpeza da base inadequada, resultando em comprometimento do contato entre o concreto e o material abaixo dele, com a conseqüente redução da resistência de ponta da estaca; a presença de água na perfuração por 1

2 ocasião da concretagem, sem o emprego de lama bentonítica, resultando em elemento com problema de integridade ou baixa resistência; a falta de integridade do fuste ao ser utilizado concreto com baixa trabalhabilidade em estacas armadas. Este trabalho buscou quantificar os efeitos na integridade de estacas escavadas e o que ocorre com a resistência do concreto ao longo de seu comprimento, quando a concretagem não é realizada tomando-se os devidos cuidados perante a existência de lama na perfuração. Em ocasiões correntemente encontradas em obras de cidades do interior do Brasil este problema ocorre, pois, visando uma maior rapidez na execução ou mesmo por falta de conhecimento, empresas do ramo realizam a concretagem de estacas escavadas simplesmente lançando o concreto do topo do furo e com a presença de água e/ou lama acumulada no fundo da perfuração. 2 CONFECÇÃO DOS MODELOS DE ESTACAS O estudo experimental desenvolveu-se em laboratório, onde foram criados dois modelos de estacas com 15 cm de diâmetro e 4 m de profundidade. As ações tomadas em laboratório foram as mais próximas das tomadas em obra, com o objetivo dos modelos terem características mais próximas possíveis de uma estaca real. Para a construção destes modelos, foram utilizados moldes a partir de tubos e caps de PVC com diâmetro nominal de 150 mm, arame recozido e cordas. Os caps foram colados no fundo dos dois tubos para impedir a fuga de material pela parte inferior dos moldes. Em seguida, foi realizado um cintamento dos moldes com o arame recozido, com espaçamentos entre 10 e 30 cm para aumentar a resistência dos tubos e impedir que eles estourassem durante a concretagem. Depois os modelos foram erguidos e amarrados em um pórtico, para garantia de sua estabilidade e para que fossem impedidos de sofrer qualquer tipo de deslocamento. O primeiro modelo foi preenchido apenas com concreto em todo comprimento do fuste. Já no segundo modelo, antes da concretagem, foi acrescentado lama até uma altura de 40 cm, cerca de 10% da altura do molde. Esta lama possuía características idênticas às encontradas nos canteiros de obras, ou seja, uma mistura fluida de solo e água. Para a concretagem dos modelos foi utilizado um concreto preparado em laboratório com traço 1:2:3, de cimento CP-II, areia média a grossa, brita nº 1 e uma relação água/cimento de aproximadamente igual a 0,75, para uma resistência prévia estipulada em 20 MPa. Deste concreto foram retirados três corpos de prova como testemunhos para verificação da resistência (controle tecnológico), de acordo com os requisitos da Norma NBR 7680/2007. Em seguida, o concreto foi simplesmente lançado do topo dos moldes, com um balde, sem qualquer tipo de vibração durante e após a concretagem. Depois de 21 dias da concretagem, o suficiente para o endurecimento do concreto e sua ideal cura, estas estruturas de concreto foram deitadas no piso com extremo cuidado para que não se rompessem, e conduzidas até uma serra para corte de concreto para extração dos corpos de prova, de acordo com os requisitos da NBR 7680/2007. No sentido de preservar as características dos modelos, a extração foi precedida de um escoramento adequado nas partes que não se apoiariam na serra e o corte foi realizado com disco devidamente refrigerado com água. Para os dois modelos foi possível confeccionar 12 corpos de prova, com 14,5 cm de diâmetro e 30 cm de altura. Depois de alguns dias, os moldes de PVC foram retirados restando apenas os corpos de prova de concreto, os quais foram identificados e posteriormente realizados uma análise visual dos mesmos e os ensaios de resistência à compressão. Na data prevista, 28 dias após a concretagem, os corpos de prova foram capeados com enxofre, para regularização da superfície, e levados à prensa eletro-hidráulica para a realização do ensaio de compressão axial. Nesta prensa, os corpos-de-prova foram colocados entre os pratos e receberam um 2

3 esforço axial até atingir a ruptura. Obtida a área da seção transversal destes corpos de prova e a carga de ruptura, foi possível determinar qual a resistência à compressão de cada um dos corpos de prova, segundo os procedimentos da norma NBR 5739/ ANÁLISE VISUAL DOS MODELOS DE ESTACAS 3.1 Modelo de Estaca Apenas Com Concreto A Figura 1 apresenta os corpos de prova obtidos a partir do modelo de estaca concretado sem a presença de lama. Através da análise visual, constata-se uma regularidade e continuidade no concreto do modelo, apenas contendo algumas falhas de integridade na parte superior. Figura 1. Corpos de prova do modelo de estaca apenas com concreto 3.2 Modelo de Estaca Com Presença de Lama A Figura 2 apresenta os corpos de prova obtidos a partir do modelo de estaca concretado com a presença de lama. Através da análise visual, é possível constatar que a lama no fundo afetou totalmente na integridade e continuidade da ponta do modelo de estaca e que o acúmulo de lama impediu que o concreto lançado ocupasse o seu lugar. O primeiro corpo de prova obtido da ponta apresentava muita lama misturada com agregado graúdo e uma consistência muito mole. Figura 2. Corpos-de-prova do modelo de estaca com presença de lama 4 RESISTÊNCIA DO CONCRETO AO LONGO DOS MODELOS DE ESTACAS 4.1 Modelo de Estaca Apenas Com Concreto Através dos ensaios de resistência à compressão realizados nos corpos de provas (CP) obtidos do modelo de estaca sem a presença de lama no fundo do tubo foram obtidos os valores das cargas de ruptura e das resistências do concreto expressos na Tabela 1. O CP-01 e o CP-12 representam, respectivamente, o fundo e o topo do modelo de estaca. Também, encontram-se na Tabela 1 os valores de carga e resistência média obtidos dos três corpos de prova retirados como testemunhos antes da concretagem dos modelos (CP-T). Tabela 1 - Resistências do modelo concretado sem lama CP Carga de Ruptura Resistência (kn) (MPa) ,7 18, ,5 22, ,1 25, ,7 23, ,0 20, ,9 22, ,2 22, ,2 22, ,3 20, ,8 21, ,5 21, ,8 21,4 CP-T 516,5 29,2 Analisando-se os valores de resistência do 3

4 concreto ao longo do modelo observa-se certa homogeneidade nos resultados do CP-01 até o CP-09, apresentado valores variando de 20,7 a 23,3 MPa. O CP-10 foi o que obteve a maior resistência, pois devido à sua posição no modelo sofreu uma menor interferência da segregação do agregado graúdo na hora do lançamento do concreto que os outros corpos de prova. A partir do CP-11, a resistência do concreto foi diminuindo até o CP-12, o qual apresentou falhas na sua integridade, e uma queda razoável na sua resistência, ficando abaixo da resistência estipulada na dosagem do concreto. 4.2 Modelo de Estaca Com Presença de Lama Os resultados do ensaio de resistência à compressão para os corpos de prova do modelo de estaca com a presença de lama são expressos na Tabela 2. Também, neste caso o CP-01 e o CP-12 representam, respectivamente, o fundo e o topo da estaca. Tabela 2 Resistências do modelo concretado com lama CP Carga de Ruptura Resistência (kn) (MPa) ,0 24, ,7 24, ,4 24, ,9 26, ,7 26, ,5 28, ,3 27, ,4 26, ,5 26, ,7 21, , ,0 CP-T 516,5 29,2 Na ponta do modelo, pode-se observar que a lama interferiu diretamente na integridade dos corpos de prova, sendo que o CP-01 e o CP-02 não apresentaram nenhuma resistência, já que a lama impediu que o concreto ocupasse seu lugar. Numa situação de obra este fato impede que o concreto desempenhe sua função de transmitir as cargas da ponta da estaca para o solo. A partir do CP-03, o efeito da lama começou a diminuir, pois o corpo de prova já apresentou uma boa resistência e percebeu-se uma certa homogeneidade entre o concreto e o pouco de lama que subiu durante a concretagem. Assim, excluindo os CP-01 e o CP-02, no geral os corpos de prova tiveram uma redução nas resistências, no intervalo de 28,6 a 21,2 MPa, quando comparados aos corpos de prova teste (CP-T), que obtiveram uma resistência média de 29,2 MPa, fato que não interferiria no desempenho da estaca, já que a resistência prévia estipulada era de 20 MPa. Nos corpos de prova do meio do modelo, analisa-se que foram os que obtiveram as maiores resistências, fato que se deve a uma menor segregação do concreto durante o lançamento, a lama não exercer nenhum efeito e um melhor adensamento pelo próprio peso do concreto lançado nas camadas posteriores. Já a partir do CP-08 até o do topo, constatase uma diminuição gradativa da resistência do concreto em relação aos corpos de prova do meio do modelo, ocorrendo devido a não utilização de qualquer método de adensamento do concreto. 4.3 Comparação dos Modelos de Estacas Com e Sem a Presença de Lama Uma comparação dos modelos de estaca concretadas com e sem a presença de lama no fundo do molde pode ser feita, já que em ambos os casos o concreto utilizado foi o mesmo. O gráfico da Figura 3 apresenta a variação do percentual de resistência do concreto dos modelos de estacas em relação ao valor médio dos resultados obtidos dos três corpos de prova retirados como testemunhos (CP-T). Em geral, o modelo de estaca apenas com concreto apresentou resistências menores do que o concretado com a presença de lama. Isto pode ter ocorrido pela diferença do tempo de amassamento do concreto ter sido inferior, uma vez que o modelo sem a presença de lama foi concretado inicialmente, permanecendo o restante do concreto na betoneira até a concretagem do modelo de estaca com lama. 4

5 Corpo de Prova Sem lama Com lama % de resistência do concreto Figura 3. Percentual de resistências do concreto das estacas em relação ao CP-T Constata-se que a presença da lama foi prejudicial ao desempenho na ponta do modelo de estaca, uma vez que o concreto não apresentou nenhuma resistência. Mas em ambos os casos, ocorreram diminuições das resistências simplesmente pelo fato do concreto ser lançado do topo, de uma grande altura, o que implicou em segregação do agregado graúdo. Portanto, em ambos os casos é aconselhável a utilização de um funil de comprimento adequado durante a concretagem da estaca, conforme prescrito pela NBR 6122/1996 e muitas vezes negligenciado em obra. No topo de ambos os modelos, verifica-se a tendência de redução da resistência do concreto após passar por um valor maior depois da metade da altura uma vez que o concreto não foi vibrado. 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS O desenvolvimento deste trabalho possibilitou analisar o que ocorre com a resistência do concreto em modelos de estacas escavadas quando concretadas com a presença de lama no fundo da perfuração. Constatou-se experimentalmente que a presença da lama durante a concretagem foi extremamente prejudicial ao desempenho e continuidade na ponta da estaca, implicando na redução considerável da resistência do concreto. Em situações de obra, isso seria muito desfavorável, já que a ponta de estacas escavadas é responsável por transmitir ao solo até 20% da carga da estaca. Observou-se, também, em ambos os modelos de estacas concretados com e sem lama, uma redução da resistência do concreto devido ao fato do concreto ser simplesmente lançado do topo, sem cuidados com o adensamento e com a segregação do concreto. Sendo assim, as prescrições da NBR 6122/1996 não deveriam ser negligenciadas em obras, como a utilização de um processo para retirada de toda a lama e/ou água do fundo da escavação ou ser adotado um processo de concretagem submersa com o emprego de tremonha. Porém, caso ao final da perfuração ainda exista água ou lama no fundo do furo que não possa ser retirada pela sonda, deveria ser lançado um volume de concreto seco para obturar o furo e desprezada a contribuição da ponta da estaca na sua capacidade de carga. Portanto, perante a importância deste elemento de fundação, a maneira como se procede a execução de estacas escavadas é um fator de caráter fundamental para que sua integridade e desempenho sejam assegurados e patologias sejam evitadas. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto - Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7680: Concreto - Extração, preparo e ensaio de testemunhos de concreto. Rio de Janeiro, LOGEAIS, L. 1971). Patologia das fundações: fundações superficiais e fundações profundas. 5

6 Crónicas do Bureau Securitas e da Socotec. Annales de L Institut Technique du Batiment et des Travaux Publics. n Série: obras de estrutura, n. 8. Abril. Disponível em: < >. Acesso em: 27 jul MILITITSKY, J.; CONSOLI, N.C.; SCHNAID, F. (2005) Patologia das Fundações. São Paulo: Oficina de Textos, 207 p. 6